O documento discute a analogia entre exoplanetas e o multiverso para explicar o problema do ajuste fino nos parâmetros do Universo. Apresenta três motivos para se pensar em um multiverso e sugere que o ajuste fino no Universo, assim como em planetas, pode ser explicado pela existência de muitos outros universos, da mesma forma que a habitabilidade da Terra implica a existência de muitos exoplanetas.

1. A ANALOGIA DE EXOPLANETAS PARA
O MULTIVERSO
Osame Kinouchi
Seminários FAMB
11/novembro/2015

2. TRÊS MOTIVOS PARA SE PENSAR UM MULTIVERSO:
1. TEORIA DE INFLAÇÃO

3. TRÊS MOTIVOS PARA SE PENSAR UM MULTIVERSO:
2. RELEVO DE SOLUÇÕES EM SUPERCORDAS ~ 10500 TIPOS DE
UNIVERSOS

4. TRÊS MOTIVOS PARA SE PENSAR UM MULTIVERSO:
3. PROBLEMAS DE AJUSTE FINO
 Constante cosmológica Λ O(10-120)
 Parâmetros de inflação
 G, α, mn/mp, mp/me
Outros parâmetros do modelo-padrão
 Etc.
Life at the interface of particle physics and
string theory
A. N. Schellekens
Rev. Mod. Phys. 85, 1491
2 October 2013

5. TRABALHOS TEÓRICOS SOBRE O MULTIVERSO NO ARXIV.ORG
24 papes até 10/11/2015

6. SUGESTÕES DE LEITURA

7. DOCUMENTÁRIOS YOUTUBE
 Além do Cosmos: O Multiverso
(Dublado) Documentário National
Geographic
 TED - Brian Greene - O Multiverso e a
Teoria de Cordas
 Teoria das Super Cordas - BBC -
Multiverso - Universos Paralelos
 NOVA - O Tecido do Cosmos - O que
é o Espaço ?
 Putting The Multiverse To The Test -
Perimeter Institute for Theoretical Physics

8. SUGESTÕES BIBLIOGRÁFICAS
Bousso R., The Cosmological Constant Problem, Dark Energy, and the Landscape of
String Theory, in Proceedings of Subnuclear Physics: Past, Present and Future,
(Pontificial Academy of Sciences, Vatican, 2011).
Guth A. H., Kaiser D. I., Nomura Y., Inflationary paradigm after Planck 2013, Phys.
Lett. B 733: 112-119 (2014).
Schellekens A. N., Life at the interface of particle physics and string theory, Rev. Mod.
Phys. 85, 1491 (2013).
Weinberg S., Living in the Multiverse, in Universe or Multiverse?, ed. B. Carr
(Cambridge University Press, Cambridge, 2009).
Wilczek F., Multiversality, Class. Quantum Grav. 30: 193001 (2013).

9. BIBLIOGRAFIA DESTE COLÓQUIO
The exoplanets analogy to the Multiverse arXiv:1506.08060
Osame Kinouchi (Submitted on 16 Jun 2015)
Teísmo, ateísmo e cenários de evolução no multiverso
Osame Kinouchi
http://www.abhr.org.br/wp-content/uploads/2013/09/Anais-
simp%C3%B3sio-da-ABHR-Sudeste.pdf
Cenários de seleção natural em cosmologia
Osame Kinouchi
organizadores: Rodrigo Petronio | Clarissa de Franco
editora: UNISINOS (2014)

10. CRÍTICAS À IDEIA DE MULTIVERSO
 Outros universos não são observáveis
(Multiverso = Metafísica)
 Tudo o que pode ocorrer ocorre: a
ideia não é preditiva
 Problema da medida: até agora não
se definiu uma distribuição de
probabilidades no espaço de
parâmetros do Multiverso
 Desestimula a busca de explicações
físicas para o ajuste fino
Desestimula a busca de TOE (Theory of
Everything) sem parâmetros livres

11. POSSÍVEIS RESPOSTAS
 Teste experimental: Colisões entre
universos pode deixar cicatrizes na
radiação cósmica de fundo.
 Inflação está ganhando forte
suporte empírico e a teoria prediz
um multiverso.
 Problema da medida está sendo
ativamente estudado.
Teoria de supercordas prediz um
Multiverso.
 Uma TOE sem parâmetros livres
não parece ser viável.

12. INFLAÇÃO PREDIZ EFEITO DE ONDAS GRAVITACIONAIS
NA RADIAÇÃO CÓSMICA DE FUNDO

13. CHOQUE ENTRE UNIVERSOS NO INÍCIO DO BIG BANG PODE
PRODUZIR ANOMALIAS NA RADIAÇÃO CÓSMICA DE FUNDO

14. FLUXO DE BARIONS ENTRE UNIVERSOS NO BIG BANG
New Scientist, 28/outubro/2015
Mystery bright spots could be first glimpse of another universe
Light given off by hydrogen shortly after the big bang has left some
unexplained bright patches in space. Are they evidence of bumping into
another universe?

15. A ANALOGIA DE EXOPLANETAS PARA O MULTIVERSO:
AJUSTE FINO PLANETÁRIO
 Existem parâmetros astronômicos
puramente acidentais que não podem ser
previstos pelas leis da Física
 Exemplos: raio R da órbita da Terra,
excentricidade ε da órbita, massa MS do
Sol, massa MT da Terra, raio RT da Terra,
volume de água A, etc.
 Todos esses parâmetros constituem um
ajuste fino que permite a vida na Terra
 Querer que uma teoria determine esses
parâmetros é uma ilusão (sonho de Kepler)

16. A SOLUÇÃO NATURAL É POSTULAR A EXISTÊNCIA DE
INÚMEROS EXOPLANETAS (MULTIPLANETAVERSO)
 Essa solução era razoável
mesmo quando se pensava que
exoplanetas seriam
indetectáveis (= metafísica)
 Experimento de pensamento:
o que se pode saber sobre o
mundo estando trancado dentro
de um quarto fechado?
 O que podemos saber sobre
os exoplanetas sem olhar para
as estrelas?

17. ANALOGIA: EXOPLANETA = UNIVERSO
 Problema do ajuste fino da Terra:
PT = (R, ε, MS, MT, RT, A, etc.)
 PT está dentro da região Uh de
parâmetros de planetas habitáveis
 O volume U total de parâmetros para
planetas é muito grande: Uh << U .
 Problema do ajuste fino do Universo:
PU = (Λ, G, α, mn/mp, etc.)
 PU está dentro da região Uh de
parâmetros de universos habitáveis
 O volume U total de parâmetros para
universos é muito grande: Uh << U .

18. POSSÍVEIS SOLUÇÕES PARA O AJUSTE FINO DA TERRA
1. Existe um criador que fez o ajuste
fino dos parâmetros da Terra
(exoplanetas não necessários)
2. O ajuste fino ocorreu por puro
acaso.
3. O ajuste fino ocorre por causa física
bem determinada (TOE planetária).
4. Existem inúmeros exoplanetas
(Multiplanetaverso) e dentre eles uns
poucos caem na região de
parâmetros Uh. A Terra é um desses
planetas.

19. POSSÍVEIS SOLUÇÕES PARA O AJUSTE FINO DO
UNIVERSO
1. Existe um criador que fez o ajuste fino
dos parâmetros do universo (outros
universos não necessários)
2. O ajuste fino do Universo ocorreu por
puro acaso.
3. O ajuste fino do Universo ocorre por
causa física bem determinada (TOE sem
parâmetros livres).
4. Existem inúmeros Universos (Multiverso) e
dentre eles uns poucos caem na região
de parâmetros com ajuste fino. Nosso
Universo é um deles. (Giordano Bruno?)

20. O QUE PODEMOS SABER SOBRE OS EXOPLANETAS
OLHANDO APENAS PARA A TERRA (E O SOL)?
 Teorema de Bayes:
𝑃 𝑥 𝑃 𝑇 =
𝑃 𝑃 𝑇 𝑥 𝑃(𝑥)
𝑃(𝑃 𝑇)
 x = parâmetro planetário
 PT = (R, ε, MS, MT, RT, A)

21. EXEMPLO TRIVIAL: O AJUSTE FINO DE PT SUGERE
QUE DEVEM EXISTIR MUITOS EXOPLANETAS
N = número de exoplanetas na galáxia
𝑃 𝑁 𝑃 𝑇 =
𝑃(𝑃 𝑇
|𝑁) 𝑃(𝑁)
𝑃(𝑃 𝑇
)
Devido ao ajuste fino, P(PT|N) é de ordem
O(1) apenas quando N >>1. Mesmo com
uma função pessimista decrescente P(N) =
exp(-cN) , temos P(N|PT) grande apenas
para N >>1.
Provavelmente, P(N) deve ser gaussiana
com média N0 grande:
𝑃 𝑁 = ∝ 𝑒− 𝑁−𝑁0
2/𝜎2

22. TAMANHOS E MASSAS

23. EXEMPLO 1: NÚMERO DE PLANETAS ROCHOSOS
NO SISTEMA SOLAR
 n = # planetas rochosos
 P(n) = função decrescente com n
 P(PT|n) = função crescente com n
 P(PT) = probabilidade a priori de
obter planeta com PT = constante
 Procurar n que maximiza:
𝑃 𝑛 𝑃 𝑇 =
𝑃 𝑃 𝑇 𝑛 𝑃(𝑛)
𝑃(𝑃 𝑇)
 Solução: n > 1, existem outros
planetas rochosos no sistema solar

24. OUTRAS POSSIBILIDADES DE HABITABILIDADE:
ESTRELAS VERMELHAS E EXOLUAS

25. EXEMPLO 2: PORQUE O SOL É UMA ESTRELA G
(AMARELA)?
𝑃 𝐴 𝑃 𝑇 =
𝑃 𝑃 𝑇 𝐴 𝑃(𝐴)
𝑃(𝑃 𝑇)
𝑃 𝑉 𝑃 𝑇 =
𝑃 𝑃 𝑇 𝑉 𝑃(𝑉)
𝑃(𝑃 𝑇)
 Mas P(A) = 1/10 P(V)
Assumindo tipicalidade devemos ter P(PT|A) > 10
P(PT|V)
Razão: Ventos solares destroem atmosferas em
planetas na zona habitável de estrelas M (vermelhas)
(Cohen et al., 2014)

26. PORQUE NÃO VIVEMOS EM UMA LUA DE PLANETA
GIGANTE?
𝑃 𝐿 𝑃 𝑇 =
𝑃 𝑃 𝑇 𝐿 𝑃(𝐿)
𝑃(𝑃 𝑇)
𝑃 𝑇 𝑃 𝑇 =
𝑃 𝑃 𝑇 𝑇 𝑃(𝑇)
𝑃(𝑃 𝑇)
O fato de habitarmos um planeta em
vez de luas (muito mais numerosas)
sugere que deve existir algum motivo
para que P(T|PT) > P(L|PT)
Razão: fluxo de energia e
estabilidade orbital (Heller, 2012)

27. OUTRAS PREDIÇÕES PODEM SER FEITAS SEM
OLHAR PARA AS ESTRELAS!
Para que P(PT|x) seja maximizado devemos
ter:
• Muitas estrelas como o Sol
• Muitos exoplanetas dentro de zona
habitável
•Muitos exoplanetas com pouca
excentricidade orbital
• Muitos exoplanetas com raio similar à Terra
• Muitos exoplanetas com massa similar à
Terra
• Água abundante nos exoplanetas
O que torna a Terra rara não são esses
fatores individuais, mas a probabilidade
conjunta P(R, ε, MS, MT, RT, A, etc.) = PT
Exemplo: se cada probabilidade para a
faixa antrópica desses parâmetros fosse P(x)
= 1/10 (pequeno ajuste fino), o ajuste fino
total seria PT = 10-6

28. CONCLUSÃO: O AJUSTE FINO É INFORMATIVO!
 O ajuste fino da Terra para a Vida (e
não apenas o ajuste evolucionário da
Vida para a Terra) fornece informação
sobre a existência e natureza de muitos
outros planetas.
Se a analogia de Steven Weinberg for
válida, o ajuste fino do Universo para a
Vida deverá fornecer informação sobre
outros universos (Multiverso): no mínimo,
que eles devem existir e devem ter
parâmetros físicos muito variados.
 Isto independe da Teoria de Inflação e
da Teoria de Supercordas
 Resta pensar que tipo de variação nos
parâmetros dos universos é possível, e
qual a densidade de probabilidade
desses parâmetros (problema da
medida).
 É bem possível que, antes disso,
observações na radiação cósmica de
fundo forneçam evidências mais fortes
de Inflação e do Multiverso.

29. A scientific truth does not triumph by
convincing its opponents and making
them see the light, but rather because its
opponents eventually die and a new
generation grows up that is familiar with
it. Max Planck.
Science advances one funeral at a time.
Paráfrase.